配电网络自动化第11讲 配电网状态估计

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配电系统分析和控制使用; 出于经济性的考虑,测量设备安装的数目是有限的,因此实
时数据是不足的; 由于设备和通讯的问题,传送到控制中心的数据有可能不正
确、不可靠或者时延的; 配电网状态估计(DSE)是解决上述问题一种高效的方法
4.1 概述
DSE的功能
探测网络拓扑变化; 估计出系统的状态,计算出系统的潮流分布; 是其他配电自动化高级应用的基础
4.1 概述
4.1.4 配电网状态估计与常规潮流算法的关系
❖与潮流算法比较,状态估计实际上是扩展了的潮 流计算,这主要表现在:
(l) 计算利用到的量测类型的扩展:常规潮流计算中使用的数据是节点 电压和注入节点的有功和无功功率数据,状态估计的量测量除了上面 的数据外还利用了支路有功和无功功率的量测量。 (2) 量测量的数目增加:潮流计算中方程数目与未知量的数目是一致的, 即量测量的个数m等于状态量数n。而状态估计中量测量的个数m大于 状态量数n,即方程的个数比未知数的个数多。由于量测误差的存在, 使m个方程是矛盾的,形成了初等代数中矛盾方程无解的局面,只有去 掉K个“多余”的方程式才能求解。如果真是这样处理就又回到常规潮 流算法,这将是对量测资源的极大浪费。而状态估计正是利用了这些 量测量的冗余形成的对各状态量的重复量测,从而达到了提高数据精 度和辨识不良数据的目的。
z
h(x)p s 来自 v(此时假设:v 0,b 0, c 0 )
❖包括不良数据辨识的量测模型:
z
h(x)
p s
v
b
(此时假设:v 0, c 0 )
❖包括估计网络参数的增广状态估计的量测模型:
z h(x) s v v (此时假设:b 0,c 0 )
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述
量测值Z (仪表)
结线信息 (开关位置)
网络参数P
系统状态
静态估计器 系统模型(结线和参数) 的辨识和估计值
配电网实时潮流问题的状态估计的输入和输出模型
配电网状态估计需要量测系统和电力网络两方面的数据和信息。
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 1. 量测系统的数学描述
❖量测系统的数学描述包括量测值和量测设备两方面:
(1)量测值 z 包括对支路有功功率和无功功率、结点注入有功功率和无功功率及
结点电压值的量测,是m维矢量。 量测值的来源有两个方面:
绝大多数是通过遥测得到的实时数据; 也有一小部分是人工设置的数据。这些非遥测数据被称为伪量测 (Pseudo Measurement)数据。它们可能是预报值或者通过电话询问得 到的数值。
配电网量测误差来源大体可归纳为: (1)量测器(电压互感器和电流互感器)的误差; (2)变换器的误差; (3)模/数转换器的误差; (4)数据传送过程的误差(用模拟量传送时); (5)量测和传送过程中的时间延迟(量测器有一定的时间常数,传送设 备有一定的传送速度,采样又按一定的周期扫描); (6)运行中三相不平衡及功率因数的变化,会给单相量测和计算带来误 差。
西南交通大学电气工程学院
4.1 概述
4.1.4 配电网状态估计与常规潮流算法的关系
Vi,Pi,Qi,Ii Pij,Qij,Iij
模拟操作: 开关操作 出力调整 负荷调整 分接头调整
状态估计 Vi,Pi,Qi 潮流计算
在线应用中,潮流计算在状态估计 的基础上进行,也就是说,由状态 估计提供经过加工处理过的熟数据, 作为潮流计算的原始数据。
4.1 概述
状态估计是在获知全网的网络结构条件下,结合从馈线FTU和母 线RTU得到的实时功率和电压信息,补充对不同类型用户观测统计出 的负荷曲线和负荷预测数据以及抄表数据,运用新型的数学和计算机 手段,在线估计配电网用户实时负荷,由此获得全网当前时刻各部分 的运行状态和参数,为其他配电系统高级应用软件提供可靠的实时数 据信息。
0.5~2%
因为在正常量测条件下,误差大于 3 的量测值出现的概率仅
为0.27%,即几乎是不可能出现的事。因此,误差大于3 的量测值
就可以认为是不良数据,但实用中所采用的不良数据的界限要远远
大于 3 的标准,一般为大于 (6 ~ 7)以上。
4.1 概述
4.1.1 实时数据的误差和不良数据
配电网调度中心接受到的不良数据的来源可能是: (1)量测与传送系统受到较大的随机干扰; (2)量测与传送系统出现的偶然故障; (3)配电网快速变化中各测点间的非同时量测; (4)系统正常操作或大干扰引起的过渡过程。
③ 再由模/数转换器化为数学 编码;
④ 由远动通道送到调度中心, 再通过接口进入计算机。
安全监测、安全分析
数据库
这些环节均有误差,并可能出
现故障或受到干扰,因此量测
运行记录、计划
值与其真实值总是有差异的。
配电网中数据量测—传送—处理系统工作示意图
4.1 概述
4.1.1 实时数据的误差和不良数据
❖量测值与真实值的差值称为量测误差
调研:我国配电网中主要用微波和电力线载波通道传送数据,实测 通道的误码率在10-4~10-5之间。假设有一个200个测点、以30秒为周期的 采样系统,平均2.5~25分钟可能出现一个不良数据,那么一天可能接到 58~576个不良数据。
❖ 定义—生数据:这种由远动装置直接传送来的数 据具有较大的误差,偶尔还包含不良数据,习惯上 称为生数据。
目前,在大部分高压输电网中已经成功应用了状态估计,但是在 中低压城乡配电网中的应用还处于起步阶段。配电网是由变电所、配 电线路和配电变压器组成的网络结构 ,是直接面向用户的基础用电设 施,其运行的安全、可靠直接关系到是否能较好的满足人民日益增长 的用电要求,因此,配电网实时状态估计具有重要的实际意义。
在一般状态估计模型中假设网络结线状态s是准确的,但遥信传 送的开关状态出现错误时,将引起网络结线模型错误,这时要用包 含错误的网络结线模型:
s c
式中,ζ--真实网络结线状态;
c--网络结线错误。
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 3.配电网状态估计的量测方程 ❖配电网状态估计的量测方程:
配电网理论与应用
Distribution System Theory & Application
第14讲 配电网状态估计
本讲内容
4.1概述 4.2配电网状态估计数学描述与算法 4.3基于量测变换的配电网状态估计
西南交通大学电气工程学院
4.1 概述
问题的提出
用户对电能质量和可靠性要求越来越高; 配电SCADA系统被越来越多地安装,能够提供实时数据供
4.1 概述
4.1.2 配电网状态估计的用途
❖配电网状态估计的主要功能是:
(1)根据量测量的精度(加权)和基尔霍夫定律(网络方程)按最佳估 计准则(一般为最小二乘准则)对生数据进行计算,得到最接近于系统 真实状态的最佳估计值。所以通过状态估计可以提高数据精度。 (2)对生数据进行不良数据的检测与辨识,删除或改正不良数据,提高 数据系统的可靠性。 (3)推算出完整而精确的配电网的各种电气量。例如根据周围相邻的变 电站的量测量推算出某一没有装远动装置的变电站的各种电气量。或者 根据现有类型的量测量推算另一些难以量测的电气量,例如根据有功功 率量测值推算各结点电压的相角。 (4)网络结线辨识或开关状态辨识。根据遥测量估计电网的实际开关状 态,纠正偶然出现的错误的开关状态信息,以保证数据库中电网结线方 式的正确性。 (5)数据预测。可以应用状态估计算法以现有的数据预测未来的趋势和 可能出现的状态(配电网负荷预测和水库来水预测)。这些预测的数据 丰富了数据库的内容,为安全分析与运行计划等提供必要的计算条件。
4.1 概述
4.1.1 实时数据的误差和不良数据
不良数据: 对一个经过良好校对的量测系统来说,其误差具有正态分布的性质,
即对应每一量测量,有量测误差标准差σ,在正常量测采样条件下几
乎有99.73%量测值的误差在 3 的范围内,有68%在 的范围内。
一般来说,配电网遥测量的标准误差σ大约为正常量测范围的
4.配电网状态估计的基本步骤(四步)
入口
入口
测量:z
输入:参数p,结线s
1.假设模型。 确定h(x)和R
2.估计 寻找 xˆ ,使 r z h(xˆ)加权内积为最小
是(无b或和c)
3.检测
检测r z h(xˆ) 是否足够小
否(存在b或和c)
出口
4.辨识 确定b或和c
修改p和s
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 4.配电网状态估计的基本步骤(四步)
z h(x, p, s) v vp c b
式中 h(•)是基于基尔霍夫定律建立的量测函数方程,其数目与量测 数一致,也是m。
上式是最完整的量测模型,实际上针对不同的使用目的仅取其中 的一部分。
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 3.配电网状态估计的量测方程 ❖配电网状态估计的量测方程:
4.1 概述
4.1.2 配电网状态估计的用途
综上所述,配电网状态估计是远动装置与数据库之间的重要一环。
① 输入:它从远动装置接受的是低精度、不完整、偶尔还有不良数据 的生数据。
② 输出:它输出到数据库中的是提高了精度、完整而可靠的数据(熟 数据)。
状态估计提高了数据精度,滤掉了不良数据,还相当于补足了一些 测点,并能得到某些难以直接量测的物理量(如结点电压的相角)。
z z0 v b
式中,b--不良数据(Bad Data),它是附加到vσ上的异常大的误差。
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 1. 量测系统的数学描述
(2)量测设备的描述
包括量测设备的种类、装设地点、可用情况和仪表精度的信息。
仪表精度用量测误差方阵R表示:E[v σ v σ T]=R,它是m x m维对角阵, 各元素是:Ri=σi2。在状态估计中取量测误差方差阵的逆矩阵R-1为量
在一般状态估计模型中假设网络参数是无误差的,但由某些原因得
不到准确的网络参数时,也可以进行参数估计,这时要用到带误差的参
数误差模型:
p v
式中,ρ--参数真值;
vρ--参数误差;
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 2.电力网络的数学描述
(2)网络结线状态s
表示网络中支路的联接关系,主要决定于开关状态。通过遥信 或电话通知得到运行中开关状态的变化,由结线分析得到网络结线 状态(即网络模型)。
西南交通大学电气工程学院
4.1 概述
4.1.1 实时数据的误差和不良数据
量测传送系统
① 首先要由量测器(电压互
电压互感器 电流互感器
感器和电流互感器)测得
功率变换器
电压和电流;
配电网
② 通过功率变换器将两者相
模/数转换器
乘并变换到统一规格的信
通道
号电压;
调度中心
接口
频率、有功控制
状态估计器:1、正常状态估计;2、检 测、辨识不良数据;3、结线辨识
测量的加权阵。
量测值z随每次采样而变化;
量测系统信息在运行中基本不变,仅在量测系统扩张或检修时才
出现变化。
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述
2.电力网络的数学描述
❖电力网络在状态估计中的数学描述包括网络参数和网 络结线两个方面:
(1)网络参数p 固定的参数:包括线路参数和变压器参数。线路参数用电阻、电抗和对 地电纳表示,变压器参数用电抗和变比表示(一般不必考虑电阻)。这 些参数是由实际测试或设计计算中得到的,一般在运行中是不变化的。 变化的参数:网络的某些参数,如带负荷调压变压器的变比和补偿电容 器的电容值在运行中是变化的。
4.1 概述
4.1.3 配电网状态估计问题的数学描述 1. 量测系统的数学描述
(1)量测值z 每个量测值都是有误差的,可以描述为:
z z0 v
式中,z0--假设的量测量的真值;
vσ--量测误差,假设是均值为0,方差为σ2的正态分布随机矢量,
它是m维矢量。
有时量测值中还包含有不良数据,可以描述为:
4.1 概述
4.1.2 配电网状态估计的用途 ❖配电网状态估计的主要功能是:
(6)参数估计。如果把某些可疑或未知的参数作为状态量处理时,也 可以用状态估计的方法估计出这些参数的值。例如带负荷自动改变分接 头位置的变压器,如果分接头位置信号没有传送到中调时,可以作为参 数把它估计出来。当然根据运行资料估计某些网络参数,以纠正离线和 在线计算中这些参数的较大误差也不是非常困难的事情。 (7)通过状态估计的离线模拟试验。可以确定配电网合理的数据收集 与传送系统。即确定合适的测点数量及其合理分布,用以改进现有的远 动系统或规划未来的远动系统,使软件与硬件联合以发挥更大的效益, 既能保证数据的质量而又降低整个数据量测—传送—处理系统的投资。
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